11.网络管理和配置

1.计算机网络体系结构和参考模型

1.1 计算机网络分层结构及基本概念

层次划分的必要性：

两个系统中计算机的通信是一个很复杂的过程，为了降低协议设计和调试过程的复杂性，也为了便于对网络进行研究、实现和维护，促进标准化工作，通常对计算机的网络体系结构以分层的方式进行建模。

分层的基本原则：

每层都实现一种相对独立的功能，降低大系统的复杂度
各层之间界面自然清晰，易于理解，互相交流尽可能少
各层功能精确定义独立于具体实现的方法，可以采用最合适的技术来实现
保持下层对上层的独立性，上层单向使用下层提供的服务
整个分层结构应能促进标准化工作

协议：交换数据规则的集合，它是平行的。

接口：同一结点内相邻两层间交换信息的连接点，每层只能为紧邻的层次之间定义接口

服务：下层为紧邻的上层提供的功能调用，它是垂直的。

1.2 OSI参考模型

国际标准化组织（OSI）提出的网络体系结构模型，称为开放系统互连参考模型，通常简称为OSI参考模型。OSI的层次结构和通信过程如图所示。

第一层物理层

物理传输层的单位是比特，任务是透明的传输比特流，它负责管理电脑通信设备和网络媒体之间的互通。包括了针脚、电压、线缆规范、集线器、中继器、网卡、主机接口卡等
第二层数据链路层

数据链路层的传输单位是帧，任务是将网络层传来的IP数据报组成帧。功能可以概括为成帧、差错控制、流量控制和传输管理等，实现点到点的通信。
第三层网络层

网络层的传输单位是数据报，主要任务是吧网络层的协议数据单元（分组）从源端传到目的端，为分组交换网上的不同主机提供通信服务。关键是对分组进行路由选择，并实现流量控制、拥塞控制、差错控制和网际互连等功能
第四层传输层

传输层的传输单位是报文段（TCP）或用户数据报（UDP）,传输层负责主机中两个进程之间的通信。
第五层会话层

管理主机间的会话进程，包括建立、管理及终止进程间的会话
第六层表示层

数据格式交换、数据加密解密和数据压缩恢复。
第七层应用层

应用层（Application Layer）提供为应用软件而设的接口，以设置与另一应用软件之间的通信。例如: HTTP、HTTPS、FTP、TELNET、SSH、SMTP、POP3、MySQL等

在高层次中如：会话层、表示层和应用层的协议数据单元（PDU：Protocol Data Unit）都是消息 message

范例：

#查看网卡是否启用
[root@centos8 data]# mii-tool -v eth0
SIOCGMIIPHY on 'eth0' failed: Operation not supported
[root@centos8 data]# ethtool eth0
Settings for eth0:
	Supported ports: [ ]
	Supported link modes:   Not reported
	Supported pause frame use: No
	Supports auto-negotiation: No
	Supported FEC modes: Not reported
	Advertised link modes:  Not reported
	Advertised pause frame use: No
	Advertised auto-negotiation: No
	Advertised FEC modes: Not reported
	Speed: Unknown!
	Duplex: Unknown! (255)
	Port: Other
	PHYAD: 0
	Transceiver: internal
	Auto-negotiation: off
	Link detected: yes
[root@centos8 data]# ip link
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc fq_codel state UP mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 00:16:3e:12:a3:c2 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

1.3 TCP/IP模型

OSI参考模型与TCP/IP参考模型如图：

面向连接

分为三个阶段：1.建立连接；2.传输数据；3.释放连接
面向无连接

直接进行数据传输
OSI先有模型；TCP/IP先有协议，后有模型

5层参考模型：综合了OSI和TCP/IP的优点

2.传输层协议

2.1 传输层介绍

2.1.1传输层功能

提供进程与进程之间的逻辑通信
复用和分用

复用：应用层所有的应用进程都可以通过传输层再传输到网络层

分用：传输层从网络层接收到数据后交付指明的应用进程
对收到的报文进行差错检测
传输层的两种协议

2.1.2 传输层的寻址与端口

端口是传输层的接口，用于标识主机中的应用进程

端口长度为16bit,能表示65536个不同的端口号

0-1023：系统端口或特权端口(仅管理员可用) ，众所周知，永久的分配给固定的系统应用使用， 22/tcp(ssh), 80/tcp(http), 443/tcp(https)
1024-49151：用户端口或注册端口，但要求并不严格，分配给程序注册为某应用使用， 1433/tcp(SqlServer), 1521/tcp(oracle),3306/tcp(mysql),11211/tcp/udp (memcached)
49152-65535：动态或私有端口，客户端随机使用端口，范围定义：/proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range

套接字Socket=主机IP地址+端口号

范例：

#调整客户端的动态端口范围
[root@centos8 data]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 
32768	60999
[root@centos8 data]# echo 20000 62000 > /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range
[root@centos8 data]# cat /proc/sys/net/ipv4/ip_local_port_range 
20000 62000

#找到端口冲突的应用程序
[root@centos8 data]# nc -l 22
Ncat: bind to 0.0.0.0:22: Address already in use. QUITTING.
[root@centos8 data]# ss -ntlp
State   Recv-Q  Send-Q   Local Address:Port   Peer Address:Port                                                                
LISTEN  0       128            0.0.0.0:5355        0.0.0.0:*      users:(("systemd-resolve",pid=910,fd=13))                    
LISTEN  0       128            0.0.0.0:80          0.0.0.0:*      users:(("nginx",pid=133609,fd=8),("nginx",pid=133608,fd=8))  
LISTEN  0       128            0.0.0.0:22          0.0.0.0:*      users:(("sshd",pid=976,fd=5))                                
LISTEN  0       100          127.0.0.1:25          0.0.0.0:*      users:(("master",pid=113712,fd=16))                          
LISTEN  0       128               [::]:5355           [::]:*      users:(("systemd-resolve",pid=910,fd=15))                    
LISTEN  0       128               [::]:80             [::]:*      users:(("nginx",pid=133609,fd=9),("nginx",pid=133608,fd=9))  
LISTEN  0       100              [::1]:25             [::]:*      users:(("master",pid=113712,fd=17))
[root@centos8 data]# lsof -i :22
COMMAND    PID USER   FD   TYPE  DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
sshd       976 root    5u  IPv4   24095      0t0  TCP *:ssh (LISTEN)
sshd    261372 root    5u  IPv4 3935567      0t0  TCP centos8.2:ssh->49.118.65.208:7218 (ESTABLISHED)
sshd    261386 root    5u  IPv4 3935567      0t0  TCP centos8.2:ssh->49.118.65.208:7218 (ESTABLISHED)

#判断端口是否正在打开
[root@centos8 data]# < /dev/tcp/127.0.0.1/80
[root@centos8 data]# echo $?
0
[root@centos8 data]# < /dev/tcp/127.0.0.1/8090
-bash: connect: Connection refused
-bash: /dev/tcp/127.0.0.1/8090: Connection refused
[root@centos8 data]# echo $?
1

2.2 TCP协议

2.2.1 TCP协议特性

TCP是面向连接的传输层协议
每一条TCP连接只能有两个端点，每一条TCP连接只能是点对点
TCP提供可靠的服务
TCP提供全双工通信。

发送缓存：准备发送的数据和已发送但尚未收到确认的数据

接收缓存：按序到达但尚未被接受应用程序的读取的数据和不按序到达的数据
TCP面向字节流：TCP把应用程序交下来的数据看成仅仅是一连串的无结构的字节流

2.2.2 TCP报文段首部格式

URG：URG=1时，标明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快传送，不用在缓存里排队，配合紧急指针字段使用。
ACK：表示是否前面确认号字段是否有效。只有当ACK=1时，前面的确认号字段才有效。TCP规定，连接建立后，ACK必须为1,带ACK标志的TCP报文段称为确认报文段
PSH：提示接收端应用程序应该立即从TCP接收缓冲区中读走数据，为接收后续数据腾出空间。如果为1，则表示对方应当立即把数据提交给上层应用，而不是缓存起来。
复位RST：RST=1时，表明TCP连接中出现严重差错，必须释放连接，然后再重新建立传输链接。
同步位SYN：SYN=1时，表明是一个连接请求/连接接受报文。
终止位FIN：FIN=1时，表明此报文段发送方数据已发完，要求释放连接。
窗口：指的是发送本报文段的一方的接收窗口，即现在允许对方发送的数据量。
检验和：检验首部+数据，检验时要加上12B伪首部，第四个字段为6。
紧急指针：URG=1时才有意义，指出本报文段中紧急数据的字节数。
选项：最大报文段长度MSS、窗口扩大、时间戳、选择确认…

2.2.3 TCP的连接管理

TCP连接传输三个阶段：

连接建立→数据传送→连接释放

TCP连接建立：

seq为序号段数值为随机，ACK与ack应是同时存在，ack为确认号段。

TCP连接释放：

内核TCP参数优化

参看帮助：使用man tcp 、也可以访问官网查看 /proc/sys/net目录中对应网络相关文档https://man7.org/linux/man-pages/man5/proc.5.html

2.3 UDP协议

2.3.1 UDP协议特性

无连接，减少开销和发送数据之前的时延

不保证可靠交付

面向报文，适合一次性传输少量数据的网络应用

无拥塞控制

首部开销小，8B，TCP20B

2.3.2 UDP首部格式

3.网络层

3.5 IP地址

3.5.1 IP地址组成

IP地址：全世界唯一的32位/4字节标识符，标识路由器主机的接口。

IP地址={<网络号>,<主机号>}

3.5.2 IP地址分类

私有IP地址：

A类：10.0.0.0~10.255.255.255
B类：172.16.0.0~172.31.255.255
C类：192.168.0.0~192.168.255.255

3.5.3 特殊地址

0.0.0.0

0.0.0.0不是一个真正意义上的IP地址。它表示所有不清楚的主机和目的网络
255.255.255.255

限制广播地址。对本机来说，这个地址指本网段内(同一广播域)的所有主机
127.0.0.1～127.255.255.254

本机回环地址，主要用于测试。在传输介质上永远不应该出现目的地址为“127.0.0.1”的数据包
224.0.0.0到239.255.255.255

组播地址，224.0.0.1特指所有主机，224.0.0.2特指所有路由器。224.0.0.5指OSPF 路由器，地址多用于一些特定的程序以及多媒体程序
169.254.x.x

如果Windows主机使用了DHCP自动分配IP地址，而又无法从DHCP服务器获取地址，系统会为主机分配这样地址

3.5.5 子网掩码

无分类域间路由选择CIDR：

1.消除了传统的A类，B类和C类地址以及划分子网的概念。

CIDR：无类域间路由，目前的网络已不再按A，B，C类划分网段，可以任意指定网段的范围

CIDR记法：IP地址后加上“/”，然后写上网络前缀（可以任意长度）的位数。 e.g. 128.14.32.0/20

2.融合子网地址与子网掩码，方便子网划分。

CIDR把网络前缀都相同的连续的IP地址组成一个 “CIDR地址块”。

范例：

一个主机：172.16.1.100/28

1、此主机所在的网段最多有多少主机?主机数=2^(32-28)-2=14

2、网络ID? IP和子网掩码相与，172.16.1.96

10101100 00010000 00000001 01100100
11111111 11111111 11111111 11110000
10101100 00010000 00000000 01100000

172 16 1 96

3、此网段的主机中最小的IP：172.16.1.97，最大的IP?172.16.1.110

10101100 00010000 00000000 01100001
10101100 00010000 00000000 01111110

3.5.6 子网划分和超网划分

划分子网：将一个大的网络（主机数多）划分成多个小的网络（主机数少），主机ID位数变少，网络ID 位数变多，网络ID位向主机ID位借位

合并超网：将多个小网络合并成一个大网，主机ID位向网络ID位借位

范例：

中国电信10.0.0.0/8 给32个各省公司划分对应的子网
1）每个省公司的子网的netmask？
2^5>=32 借5位网络ID
8+5=13
255.248.0.0

2)每个省公司的子网的主机数有多少？
2^(32-13)-2=524286

3）河南省得到第10个子网，网络ID？
10.00000 000.0.0/13
10.01001 000.0.0/13
10.72.0.0/13

4）河南省得到第10个子网的最小IP和最大的IP？
10.01001 000.0.1
10.01001 111.11111111.11111110
10.72.0.1---10.79.255.254

5）所有子网中最大，最小的子网的netid？
10.00000 000.0.0/13 10.0.0.0/13
10.11111 000.0.0/13 10.248.0.0/13

4.网络配置

4.1 网络配置命令

4.1.1 ip命令

来自于iproute包，可用于代替ifconfig

格式：

ip [ OPTIONS ] OBJECT { COMMAND | help }
OBJECT := { link | addr | route }
ip link - network device configuration
set dev IFACE，可设置属性：up and down：激活或禁用指定接口，相当于 ifup/ifdown
show [dev IFACE] [up]：：指定接口 ，up 仅显示处于激活状态的接口

ip 地址管理

ip addr { add | del } IFADDR dev STRING [label LABEL] [scope {global|link|host}]
[broadcast ADDRESS]

[label LABEL]：添加地址时指明网卡别名
[scope {global|link|host}]：指明作用域,global: 全局可用.link: 仅链接可用,host: 本机可
用
[broadcast ADDRESS]：指明广播地址

ip address show
ip addr flush

范例：

#禁用网卡
ip link set eth1 down

#网卡改名
ip link set eth1 name wangnet  

#启用网卡
ip link set wangnet up

#网卡别名
ip addr add 172.16.100.100/16 dev eth0 label eth0:0
ip addr del 172.16.100.100/16 dev eth0 label eth0:0

#清除网络地址
ip addr flush dev eth0

4.1.2 ss 命令

来自于iproute包，代替netstat，netstat 通过遍历 /proc来获取 socket信息，ss 使用 netlink与内核 tcp_diag 模块通信获取 socket 信息

格式：

ss [OPTION]... [FILTER]

选项：

-t: tcp协议相关
-u: udp协议相关
-w: 裸套接字相关
-x：unix sock相关
-l: listen状态的连接
-a: 所有
-n: 数字格式
-p: 相关的程序及PID
-e: 扩展的信息
-m：内存用量
-o：计时器信息

范例：

#显示本地打开的所有端口
ss -l

#显示每个进程具体打开的socket
ss -pl

#显示所有tcp socket
ss -t -a

#显示所有的UDP Socekt
ss -u -a

#显示所有已建立的ssh连接
ss -o state established '( dport = :ssh or sport = :ssh )'

#显示所有已建立的HTTP连接
ss -o state established '( dport = :http or sport = :http )'
[root@centos8 ~]#ss -no state established '( dport = :21 or sport = :21 )'
Netid               Recv-Q               Send-Q                                
  Local Address:Port                                   Peer Address:Port      
         
tcp                 0                     0                                    
[::ffff:10.0.0.8]:21                                 [::ffff:10.0.0.7]:46638    
            timer:(keepalive,119min,0)

#列出当前socket详细信息
ss -s

4.2 网络配置文件

4.2.1 网络基本配置文件

IP、MASK、GW、DNS相关的配置文件：

/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-IFACE
/usr/share/doc/initcripts-*/sysconfig.txt

4.2.2 配置当前主机的主机名

#centos6 之前版本
/etc/sysconfig/network
HOSTNAME=

#centos7 以后版
/etc/hostname
HOSTNAME

4.2.3 路由相关的配置文件

/etc/sysconfig/network-scripts/route-IFACE
两种风格：
(1) TARGET via GW
如：10.0.0.0/8 via 172.16.0.1

(2) 每三行定义一条路由
ADDRESS#=TARGET
NETMASK#=mask
GATEWAY#=GW

4.3 多网卡 bonding

将多块网卡绑定同一IP地址对外提供服务，可以实现高可用或者负载均衡。直接给两块网卡设置同一IP 地址是不可以的。通过 bonding，虚拟一块网卡对外提供连接，物理网卡的被修改为相同的MAC地址

4.3.1 nmcli实现bonding

#创建名位bond0的绑定
[root@centos8 ~]# nmcli con add type bond con-name bond0 ifname bond0 mode active-backup
Connection 'mybond0' (9301ff97-abbc-4432-aad1-246d7faea7fb) successfully added.

#添加从属接口
[root@centos8 ~]#nmcli con add type bond-slave ifname ens160 master bond0
[root@centos8 ~]#nmcli con add type bond-slave ifname ens192 master bond0

#先启动从属接口
[root@centos8 ~]# nmcli con up bond-slave-ens160
[root@centos8 ~]# nmcli con up bond-slave-ens192

#启动绑定网卡
[root@centos8 ~]# nmcli con up bond0

#生成的相关配置文件
[root@centos8 ~]# ls /etc/sysconfig/network-scripts/
ifcfg-bond0-1  ifcfg-bond-slave-ens160  ifcfg-bond-slave-ens192

#注意：本次是在Vmware虚拟机中进行，还需将ifcfg-bond0-1配置文件中fail_over_mac设定为1，若使用默认选项0，由于mac地址相同，会出现断开一个网卡无法，另一个网卡不能发挥作用情况
[root@centos8 ~]# cat !*ifcfg-bond0-1
cat /etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-bond0-1
BONDING_OPTS="mode=active-backup fail_over_mac=1"
...

5 Ubuntu网络配置

ubuntu在线帮助文档（部分版本支持中文）http://manpages.ubuntu.com/manpages/

ubuntu：focal版本中文帮助文档http://manpages.ubuntu.com/manpages/focal/zh_CN/

5.1主机名

hostnamectl

hostnamectl [OPTIONS...] {COMMAND}

设置主机名

root@ubuntu:~# cat /etc/hostname 
ubuntu
root@ubuntu:~# hostnamectl set-hostname ubuntu20
root@ubuntu:~# exit
logout
user1@ubuntu:~$ su - root
Password: 
root@ubuntu20:~#

5.2 网卡名称

默认ubuntu的网卡名称和 CentOS 7 类似

设备节点的名字，可以通过"/etc/udev/rules.d/"里的 udev 文件来配置，规则设置可以参考/usr/share/doc/udev/writing_udev_rules/index.html

更多详细信息可以查看https://www.debian.org/doc/manuals/debian-reference/index.zh-cn.html中文在线文档

#修改配置文件为下面形式
root@ubuntu1804:~#vi /etc/default/grub
GRUB_CMDLINE_LINUX="net.ifnames=0"
#或者sed修改
root@ubuntu1804:~# sed -i.bak '/^GRUB_CMDLINE_LINUX=/s#"$#net.ifnames=0"#'
/etc/default/grub
#生效新的grub.cfg文件
root@ubuntu1804:~# grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
#或者
root@ubuntu1804:~# update-grub
root@ubuntu1804:~# grep net.ifnames /boot/grub/grub.cfg
       linux /vmlinuz-4.15.0-96-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a-8c14-
fe1a48ba153c ro net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-96-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-96-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro recovery nomodeset net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-76-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro net.ifnames=0
       linux /vmlinuz-4.15.0-76-generic root=UUID=51517b88-7e2b-4d4a8c14-fe1a48ba153c
ro recovery nomodeset net.ifnames=0

#重启生效
root@ubuntu1804:~# reboot

5.3 Ubuntu网卡配置

https://ubuntu.com/server/docs/network-configuration

5.3.1 配置自动获取IP

root@ubuntu20:~# man 5 netplan
root@ubuntu20:~# cat /etc/netplan/00-installer-config.yaml 
# This is the network config written by 'subiquity'
network:
  ethernets:
    ens33:
      dhcp4: true
  version: 2
  
#使用netplan命令使配置生效
root@ubuntu20:~# netplan apply

5.2.2 配置静态IP

root@ubuntu1804:~#vim /etc/netplan/01-netcfg.yaml
network:
 version: 2
 renderer: networkd
 ethernets:
   eth0:
     addresses: [192.168.8.10/24,10.0.0.10/8]  #或者用下面两行,两种格式不能混用
  - 192.168.8.10/24
      - 10.0.0.10/8
     gateway4: 192.168.8.1
     nameservers:
   search: [google.com]
   addresses: [180.76.76.76, 8.8.8.8, 1.1.1.1]